【導(dǎo)讀】中國(guó)電池市場(chǎng)概況。電池相關(guān)產(chǎn)業(yè)新應(yīng)用。自伏打發(fā)明的伏打電池開(kāi)創(chuàng)了現(xiàn)代電池發(fā)展史;200多年來(lái)，在材?，F(xiàn)在，凡是將兩種不同金屬放入同一種電解質(zhì)溶液所形。成的電池均稱(chēng)為伏打電池。電池至今，已有近150年的歷史,最初開(kāi)口式鉛酸蓄電。池需經(jīng)常加硫酸和加水維護(hù)，腐蝕周?chē)O(shè)備，并污染環(huán)境。電池基本取代傳統(tǒng)的開(kāi)口式電池。它是產(chǎn)量最大和應(yīng)用最廣的二次化學(xué)電源，裝置，通常稱(chēng)為電池，其中包括原電池、蓄電池、儲(chǔ)備電池和燃料電池。鎘鎳電池循環(huán)壽命長(zhǎng)，自放電較小，性能穩(wěn)定，并可以大電流放電，電池具有較大的能量密度，這意味著使用鎳氫電池能有效地延長(zhǎng)設(shè)備的工作時(shí)間。高壓氫鎳電池充電后，氫氣壓力。但氣泄漏不僅減小電池的容量，而。且會(huì)引起爆炸事故，安全隱患大。與鎘鎳電池和高壓氫鎳電池相比，金屬氫化物

　　

【正文】 電池的充電，例如電芯的阻抗、充電電流與電壓、環(huán)境溫度以及電芯的種類(lèi)。圖 2為 Li離子電池的 1C充電曲線(xiàn)圖，充電器電壓穩(wěn)定在 ，采用 1C的電流進(jìn)行充電，紅線(xiàn)為電流變化曲線(xiàn)，藍(lán)線(xiàn)為電壓變化曲線(xiàn)。對(duì)電池充電的各種試驗(yàn)結(jié)果表明， 1C充電是對(duì)電池比較理想的充電方式。 ? 在充電時(shí)，鎳氫電池的電量充電到飽幅時(shí)，其電壓不再上升，進(jìn)而自動(dòng)停止充電，所以不需要充電保護(hù)電路。但是 Li離子電池充電到飽幅時(shí)，它的電壓會(huì)繼續(xù)上升，進(jìn)而引起電池過(guò)熱，減少電池生命周期并損壞電池，所以 Li離子電池一定要有過(guò)充電保護(hù)電路。一般情況下，充電器充電時(shí)也會(huì)提供限流和限壓的功能，以使電池的使用壽命達(dá)到最大。 ? 與充電相似，不同類(lèi)型電芯的放電曲線(xiàn)也稍微不一樣，但是電池容量的大小是放電特性的決定因素。圖 3為在室溫下 Li離子電池的（放電過(guò)程是從右到左），對(duì)一個(gè)充飽電的電池來(lái)說(shuō)， ，然后放電的速度將逐步減慢 ? 當(dāng)然環(huán)境溫度對(duì)于電池的充電和放電特性都有很大的影響，一般情況下，合理充電的操作溫度范圍是從 0～ 45℃ ，而放電的操作溫度范圍是從 10～ 60℃ 。 ?圖 1：不同生命周期下的 LI離子電池的 IC放電曲線(xiàn) 圖 2 Li離子電池的充電曲線(xiàn)圖 圖 3 Li離子電池的 二 :鋰離子電池保護(hù)板主要元器件 ? ? Vishay:SI6968 SIF912 SI7900EDN ? Great wall:GWS7301D ? Sanyo:ECH8601 FW232A ? NEC: uPA1873 uPA24502 uPA2451B ? FairChild:FDW2511 FDW9926A ? Toshiba):TPCS821 ? AOS:AON580 AO8822 AO8821 ? BYD : BF9028 BF9027 BF9026 BF9025 BF9038 ? 其它 : GE9926 GE8205 SN5NF20V WS4007 ? （二）： BATTERY IC ? SEIKO : S8241 S8261 S8232 S8254 S8244 ? RICOH : R5400N R5401 R5402N R5421N R5426N R5429 ? Hitachi : MD170 MD1501 ? Mitsumi : MM3099DXD ? 富晶 : DW01+ DW01P FS312F FS326 ? 新德 : CS213 ? （三） :SMDFUSE ? 1. 品牌 : LITTELFUSE BUSSMANN SART KAYAMA AEM ? 2. 規(guī)格 : ? 單節(jié)鋰電池 : SIZE 0603 Vrv – 32V IrA – 5 A ? 多節(jié)鋰電池： SIZE – 1206 Vrv – 32V IrA – 5 A 7A 三：鋰離子的保護(hù)線(xiàn)路的功能及其工作原理 . ? 1. 鋰離子保護(hù)線(xiàn)路全解剖 ? ,在外面看到的除了電池外殼 ,還有就是幾個(gè)五金觸片了 ,如圖中 電池正極 ,電池負(fù)極 就是的電池正負(fù)極輸出 . ? 而實(shí)際真正供電的源泉是電池塑料殼里面的鋰離子電池芯 ,但是由于鋰離子電芯的 “ 嬌嫩 ” 的特性 ,比如過(guò)充和過(guò)放 ,大電流放電 ,短路等非常規(guī)動(dòng)作都會(huì)對(duì)鋰離子電芯造成極大的傷害 .所以保護(hù)線(xiàn)路的功能就是在上述非常規(guī)動(dòng)作發(fā)生時(shí)及時(shí)的切斷回路 .保護(hù)鋰離子電芯 .而這些保護(hù)動(dòng)作就是圖中的保護(hù) IC來(lái)判斷 ,由它來(lái)控制一對(duì) Mosfet場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)導(dǎo)通和切斷主供電回路 ,對(duì)鋰離子電芯進(jìn)行保護(hù) . 鋰電池制造商常用的這種保護(hù) IC的生產(chǎn)廠商有 SEIKO精工 ,RICOH理光 ,Motorala摩托羅拉 ,富晶 ,新德 等 . ? 2 . 以精工的 S8241系列芯片來(lái)具體介紹各項(xiàng)保護(hù)功能 . ? 眾所周知 ,以恒壓充電限制電壓來(lái)劃分 ,鋰離子電池有 電和 .現(xiàn)在 ,絕大多數(shù)是 .下面的數(shù)據(jù)就只針對(duì) 電池來(lái)討論 . 保護(hù) IC+Mosfet可以實(shí)現(xiàn)的功能如下 (四大保護(hù) ): ,當(dāng)電池芯的電壓超過(guò)設(shè)定值時(shí) ,由保護(hù) IC切斷Mosfet管 .等電芯電壓回歸到允許的電壓是 ,重新恢復(fù) Mosfet管的導(dǎo)通 . 過(guò)充檢測(cè)電壓 :+/,電芯電壓一超過(guò)這個(gè)值 ,就觸發(fā)過(guò)充保護(hù) ? 過(guò)充釋放電壓 :+/,處于過(guò)充保護(hù)的電芯電壓只有降到這個(gè)值時(shí)才會(huì)停止保護(hù) . ? 過(guò)充保護(hù)延時(shí) :1秒 .當(dāng)電壓持續(xù)超過(guò)過(guò)充檢測(cè)電壓 1秒以上才會(huì)觸發(fā)過(guò)充保護(hù) ,這個(gè)是為了防止誤判和誤操作而設(shè)置的 . ,當(dāng)電池芯的電壓降低得超過(guò)設(shè)定值時(shí) ,由保護(hù) IC切斷Mosfet管 .等電芯電壓回歸到允許的電壓時(shí) ,重新恢復(fù) Mosfet管的導(dǎo)通 . 過(guò)放檢測(cè)電壓 :+/ 過(guò)放釋放電壓 : 過(guò)放保護(hù)延時(shí) :125毫秒 ,不贅述 . ,當(dāng)工作電流超出設(shè)定值時(shí) ,由保護(hù) IC切斷 Mosfet管 .等工作電流回歸到允許的電壓是 ,重新恢復(fù) Mosfet管的導(dǎo)通 . 過(guò)流電流壓降 :,這里保護(hù) IC判斷的是電流流過(guò) Mosfet而產(chǎn)生的壓降 ,用這個(gè)電壓除于 Mosfet的導(dǎo)通阻抗就可以近似得到過(guò)流保護(hù)的電流 .一般在 3~5A左右 . .其實(shí)這個(gè)功能是過(guò)流保護(hù)的擴(kuò)展 ,當(dāng)保護(hù) IC檢測(cè)電池輸出正負(fù)極之間電壓小于規(guī)定值時(shí) ,認(rèn)為此時(shí)電池處于短路狀態(tài) ,立即切斷回路 .等短路的故障排除再恢復(fù)回路 .短路時(shí)電池的輸出正負(fù)極的電壓為零 ,而實(shí)際電芯的電壓還是正常的 . ? 短路檢測(cè)延時(shí) :10微秒 ,這個(gè)延時(shí)更是短暫 ,幾乎是短路的瞬間就切斷了回路 ,可以避免短路對(duì)電池帶來(lái)的巨大損傷 . 還有一個(gè)參數(shù) ,稱(chēng)為保護(hù) IC的自耗 ,如上圖 ,可以看到 ,保護(hù) IC是通過(guò)電阻 R1利用了電芯的電壓來(lái)進(jìn)行工作的 .不可避免的 ? 電池的容量 .一般保護(hù) IC的功耗是做的非常小的 .在 3微安左右 ,最大不超過(guò) 6微安 . 在保護(hù)回路里面還有一個(gè)器件 ,如上圖標(biāo)示的 SMDFuse,就是保險(xiǎn)絲 .它是串聯(lián)在電池的回路中 .它的作用是在保護(hù)線(xiàn)路失效的情況下 ,作為最后的防線(xiàn) ,對(duì)于過(guò)流或高溫的鋰離子電池進(jìn)行切斷回路的動(dòng)作 .該 SMDFuse根據(jù)工作原理分為 一次性保險(xiǎn)絲 或可恢復(fù)保險(xiǎn)絲 (又稱(chēng)為 PPTC). 有了如此完備的保護(hù)線(xiàn)路 ,一般用戶(hù)想用壞鋰離子電池都有點(diǎn)困難 .但是這并不是意味著用戶(hù)可以隨意的濫用鋰離子電池 .同樣有許多的地方是需要注意的 . ? 3. 下圖是根據(jù)鋰離子電池電壓根據(jù)實(shí)際使用劃分的幾個(gè)區(qū)域 . 高壓危險(xiǎn)區(qū) 保護(hù)線(xiàn)路過(guò)充保護(hù)電壓 (~) 高壓警戒區(qū) 鋰離子電池充電限制電壓 正常使用區(qū) 鋰離子電池放電終止電壓 (~) 低壓警戒區(qū) 保護(hù)線(xiàn)路過(guò)放保護(hù)電壓 (~) 低壓危險(xiǎn)區(qū) ? .鋰離子電池可以正常發(fā)揮其特性 ,也沒(méi)有危險(xiǎn) . ? .雖然這個(gè)區(qū)域處于保護(hù)線(xiàn)路的保護(hù)范圍之內(nèi) ,并不意味著此時(shí)鋰離子電池也是安全的 .長(zhǎng)期處于這種程度的過(guò)充 ,會(huì)很快的降低電池的循環(huán)壽命 . 根據(jù)測(cè)試 ,將新鋰離子電池充電到 鋰離子電池提高 15%左右的容量 ,但是在 50次循環(huán)以后 ,其容量衰減到原來(lái)的 80%,壽命整整縮短了 10倍 ? .處于該區(qū)域的鋰離子電池不適合快速充電 ,要先用小電流將電池電壓提升到 .否則容易導(dǎo)致鋰離子極性材料發(fā)生不良反應(yīng) ,影響電池性能 .而這個(gè)電壓的鋰離子電池也非常容易因?yàn)殡姵乇旧淼淖院暮弯囯x子保護(hù)線(xiàn)路的自耗很快的掉近低壓危險(xiǎn)區(qū) .那就危險(xiǎn)了 .而且這個(gè)自耗是保護(hù)線(xiàn)路無(wú)法保護(hù)的 . ,長(zhǎng)期處于低壓危險(xiǎn)區(qū)的鋰離子電池 ,性能將近一步惡化 . 在低電壓 (小于 2V)或更低的電壓情況下 ,正極材料的鈷鋰酸(又稱(chēng)尖晶石 )晶格發(fā)生變化 ,其晶體機(jī)構(gòu)會(huì)以枝晶形式生產(chǎn) .這種枝晶發(fā)展長(zhǎng)大的話(huà)會(huì)戳穿正負(fù)極的隔膜 ,導(dǎo)致電池微短路 .進(jìn)一步惡化電池的性能 .甚至導(dǎo)致電池發(fā)生膨脹 ,徹底報(bào)廢 . .此時(shí)保護(hù)線(xiàn)路已經(jīng)失效 ,或者根本沒(méi)有保護(hù)線(xiàn)路 .在這個(gè)區(qū)域的鋰離子電池 (特別是 ),鋰離子內(nèi)部會(huì)發(fā)生劇烈的反應(yīng) ,產(chǎn)生強(qiáng)大的熱量 ,導(dǎo)致電池內(nèi)壓正極 ,使電芯變形 ,不同于低度過(guò)充 ,這種變化是一次性的 ,即一次高度過(guò)充就可以造成電池發(fā)鼓 .甚至爆炸 四 : 鋰離子電池的與保護(hù)線(xiàn)路相關(guān)的注意事項(xiàng) ? .這樣做只有兩種結(jié)果 , ? 一是保護(hù)線(xiàn)路起作用 ,那么什么事也不會(huì)發(fā)生 . ? 二是保護(hù)線(xiàn)路失效 ,那樣就會(huì)造成過(guò)流或直接電芯的短路 ,就會(huì)觸發(fā)fuse動(dòng)作 ,如果里面也沒(méi)有 fuse的保護(hù) (很多雜牌鋰離子電池就是沒(méi)有fuse或 PTC),那么這種短路的瞬間電流將達(dá)到十幾甚至幾十安培 ,足以燒毀線(xiàn)路板 ,使導(dǎo)線(xiàn)發(fā)紅 .要是碰上皮膚那就更慘了 . ? (沒(méi)有認(rèn)證 )的充電器或座充 ,鋰離子電池的充電過(guò)充需要嚴(yán)格的電壓控制 ,這點(diǎn)做的不好的充電器會(huì)對(duì)鋰離子電池造成低度過(guò)充 ,雖然最后有保護(hù)線(xiàn)路的保護(hù) ,但是已經(jīng)過(guò)充了 . ? ,保護(hù)芯片也有極限的承受電壓 ,一般在12V左右 ,在往上往往會(huì)擊穿保護(hù)芯片 . ? ,同樣會(huì)損傷保護(hù) IC ? ,潮濕 ,高溫 ,靜電會(huì)導(dǎo)致保護(hù) IC或Mosfet失效的 .手機(jī)落入水中 ,在記得吹干手機(jī)主板的同時(shí) ,也要對(duì)鋰離子電池進(jìn)行晾干處理 ,但不要用電吹風(fēng)吹干 .高溫 (60度以上 )對(duì)鋰離子電池是有害的 . ? 以上談?wù)摰氖菃喂?jié)鋰離子電池的保護(hù)線(xiàn)路 ,不包括串聯(lián)兩節(jié)以上的保護(hù) IC,道理大同小異 . ? 6. 在第一個(gè)圖中 ,畫(huà)了一個(gè)標(biāo)識(shí)電阻 R2,如果這個(gè)電阻是個(gè)常規(guī)的定值電阻 ,那么就是手機(jī)用來(lái)區(qū)別電池類(lèi)型用的 .三星的手機(jī)在隱藏菜單中可以看到這個(gè)電阻值 .他們的手機(jī)用不同的電阻來(lái)區(qū)分不同容量的電池 (厚薄電 ) 如果這個(gè)電池是個(gè)熱敏電阻 (NTC),那么它就可以告訴手機(jī)或充電器電池的溫度 ,因此手機(jī)或充電器就有了對(duì)電池溫度的檢測(cè)能力 .當(dāng)電池溫度超出范圍 (比如 0度 ~40度以外 ),手機(jī)或座充就不對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充電動(dòng)作 .這也是對(duì)鋰離子電池的保護(hù) . 7. 有些電池會(huì)有兩個(gè)以上的標(biāo)識(shí)電阻 (一個(gè)常規(guī)電阻 ,一個(gè)熱敏電阻 )或?qū)Ｓ玫淖R(shí)別芯片來(lái)執(zhí)行這個(gè)功能 .原理都是一樣的 .目的就是確保更好的的使用鋰離子電池